高速生长CVD金刚石单晶及应用_王启亮 (1).pdf

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1、高速生长CVD金刚石单晶及应用王启亮，吕宪义，成绍恒，李红东，邹广田（吉林大学超硬材料国家重点实验室，长春，130012）[1]摘要：自2002年美国科学家报道CVD金刚石单晶生长速率可超过50−100μm/h以来，大尺寸CVD金刚石单晶的高速生长成为近年来金刚石领域新的研究热点，具有很好的研究价[2]值和应用前景。目前日本的研究者已获得英寸级的大尺寸CVD金刚石单晶。我们对国际上CVD金刚石单晶的发展及趋势做了介绍和分析。本文同时介绍了我们实验室近年来在该领域的工作。采用微波等离子体化学气相沉

2、积（MPCVD）方法，以甲烷和氢气作为反应气体，在天然或高温高压合成的金刚石单晶上同质外延高速生长金刚石单晶，通过改变反应腔压强、反应气氛（引入氮气N2、二氧化碳CO2、氧气O2）等，获得生长速度可达到50−200μm/h，[3]并且单次生长厚度可达到400−1000μm。深入研究了氮-空位缺陷的分布及其光谱特性。当反应气体中加入CO2，相对于只引入N2，由于同时提高了碳源的浓度和氧的刻蚀作用，在一定范围内使得金刚石单晶的生长速度和质量得到了明显的提高，并且降低了表面粗糙度[4]。利用高温等离子

3、体进行退火，通过控制温度和时间，可使金刚石单晶的颜色及性质有了很大的改善。我们研制了CVD金刚石单晶刀具，用于金属材料的曲面镜面抛光。关键词：CVD金刚石单晶；微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）；了氮-空位缺陷的分布及其光谱特性；高温等离子体；CVD金刚石单晶刀具